编写一个简单的TCP服务端和客户端

admin

实验环境是linux系统，效果如下：

1.启动服务端程序，监听在6666端口上

2.启动客户端，与服务端建立TCP连接

3.建立完TCP连接，在客户端上向服务端发送消息

4.断开连接

实现的功能很简单，但是对于初来乍到的我费了不少劲，因此在此总结一下，如有错点请各位大神指点指点

; Z- |+ N# ^1 b! \1 ?  C

什么是SOCKET（插口）：

     这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中，翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。
9 \0 C  }& S+ _/ r" j

     "套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的，听起来总是很怪，虽然可以避免语义上的歧义，但不明显。

      对插口通俗的理解就是：它是一个可以用来输入或者输出的网络端，另一端也具有同样相对应的操作。

      具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是：

      每个插口都可以标识某个程序通信的一端，通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。

      应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层  ->发送（接收的话与之相反）

1 I/ y1 k; p! c" f. ~2 q% h

如何标识一个SOCKET：

       如上定义所述，可以通过地址，协议，端口三要素来确定一个通信端，而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个

       SOCKET，Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作，标识符可以用于：插口 管道 目录 设备 文件等等

       描述符是个正整数，事实上他是检查表表项中的一个下标，用于指向打开文件表的结构。

       述符前三个标识符0  1  2 分别系统保留：标准输入（键盘），标准输出（屏幕），标准错误输出

       当我们使用新的描述符来创建socket时，他一般从最小未使用的数字开始分配，也就是3

) k- l1 e- B* T3 V; U; f6 w

服务端实现的流程：

       1.服务端开启一个SOCKET（socket函数）

       2.使用SOCKET绑定一个端口号（bind函数）

       3.在这个端口号上开启监听功能（listen函数）

       4.当有对端发送连接请求，向其发送ack+syn建立连接（accept函数）

       5.接收或者回复消息（read函数 write函数）

客户端实现流程：

      1.打开一个SOCKET

      2.向指定的IP 和端口号发起连接（connect函数）

      3.接收或者发送消息（send函数  recv函数）

  `, _6 J# M* u* L8 i- ~

如何并发处理：

      如果按照以上流程实现其实并不难，但是有个缺陷，因为C语言是按顺序单一流程运行，也就是说如果

      直接在程序当中使用accept函数（建立连接）的话，那么程序会阻塞在accept这里，这是因为如果客户端

      一直没有发送connect连接，那么accept就无法得知客户端的IP和端口，也就只能一直等待（阻塞）直到

      有请求触发继续执行为止，这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接，那么服务端只能按照

      单一线程去处理第一个客户端，无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

& A3 w5 ^/ z# S$ e9 Q3 i% U

如何解决：

下面摘文截取网上的资料，有兴趣者可以看看

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，该函数用于在非阻塞中，当一个套接字或一组套接字有信号时通知你

1. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

复制代码

所在的头文件为：

1. #include <sys/time.h>
   . k$ e1 Y* o! |5 h. {. C
2. 
   
3. #include <unistd.h>

复制代码

  功能：测试指定的fd是否可读，可写 或者 是否有异常条件待处理

    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

    exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：不包括错误)

, \3 E8 W/ p. g% [) _& C& P8 a    timeout  用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。
1 i% c. j* |2 \
    对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能：

- H9 Q1 k4 ]) V0 H# \- \

1. 1.timeout=NULL                 （阻塞：select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件）
   
2. 
   
3.     2.timeout所指向的结构设为非零时间  （等待固定时间：如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽，函数均返回）
   
4. 
   
5.     3.timeout所指向的结构，时间设为0   （非阻塞：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生）

复制代码

   返回值：

    返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦：只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

    否则为0哦。举个例子，比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,

   你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

   现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，

   其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。
! j& a4 K' L6 ]! U
/ n0 ?  p  l. M   
( u4 `, h2 h4 X8 W  e

fd_set结构体：

     文件描述符集合，用于存放多个fd（文件描述符，这里就是套接字）

       可以存放服务端的fd，有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作：

1. FD_ZERO(*fds)：     将fds设为空集
   * P8 ^2 k" v0 g% U
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   * A3 A+ _$ A* _% @+ [( {
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   1 P. e$ E4 l1 p. G/ W$ f4 u; u- A
7. FD_ISSET(fd,*fds)： 判断fd是否属于fds的集合

复制代码

步骤如下

1. socket s;
   
2. .....
   - q  L: O1 D9 K% i# x
3. fd_set set;
   0 [- }. l1 N( _! P
4. while(1){
   * f3 _) N) f6 u1 }$ C
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   
6. FD_SET(s, &set);                 //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
   
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   . k6 I8 q) b6 n+ E. o
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    : F5 Y( ]. Z" A8 @3 ^
13. //do something here
    9 C0 s/ ^: c- p/ V5 `
14. }

复制代码

假设fd_set长度为1字节，fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符，那么1字节最大可以对应8个fd

1. (1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。
   
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   $ l4 g% B: z) h: b# t
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   % k" S9 S; y7 t2 M6 }- E
6. 
   / D  X! B% C- Z) A& a- W9 \; h
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   
9.    （5）若fd=1,fd=2                    上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

复制代码

1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限可以修改

3.将fd加入select监控集时，还需要一个array数组保存所有值

   因为每次select扫描之后，有信号的fd在集合中应被保留，但select将集合清空

   因此array数组可以将活跃的fd存放起来，方便下次加入fd集合中

   对集合fe_set与array进行遍历存储，即所有fd都重新加入fd_set集合中

   另外活跃状态在array中的值是1，非活跃状态的值是0

4.具体过程看代码会好理解

) _0 t! e" ^. S5 O1 L% t  n

使用select函数的过程一般是：

    先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，

    接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1

     复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦，我已经尽力排版了。。。
/ |( N4 w7 R; ^+ b

  j' E" ?: M* W2 _) P

客户端：

1. #include <time.h>
   * u5 w4 d* G% [( ]! m! Z
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   4 Q" n' D6 n$ P$ A: q) A9 a% {; x# b
5. #include <unistd.h>
   ) T, {6 x0 K4 Z2 C
6. #include <arpa/inet.h>
   * K9 }3 W3 V- d# G, {$ k
7. #include <netinet/in.h>
   & k% p; M  P$ N7 ~
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   % l; Q+ E1 `/ D6 j* j% l
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    " ]) i  k3 ^& S3 ^+ y. r" r" g
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    1 `' g+ C2 }$ i6 R5 P
16. int main(){
    5 b% F2 P) u  ?" L+ [; y
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    ; i/ T, `! x6 A6 v3 {4 h2 I
21.   //创建套接字
    7 N0 V0 a: W  e9 _' s
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    * C/ b9 H- N" G5 K# c5 O
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    ; M! N" ?+ p$ m# s' |+ ?& D
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    ) J7 T3 _. Q; y3 `* r  V
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    1 v2 S: }, \% p# h, K' c
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    - w/ H% d/ B. a6 y. [2 Z1 ~
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    # y, D& K4 O7 _* F
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ! r) g) [& F: O/ ^7 o9 C: J, r
31.   
    3 p( F) g+ x: T$ @6 A9 N; F
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    ' @% T! L1 V. w! Q
35.    
    
36.   //接收服务器返回的消息（注意这里程序会被阻塞，也就是说只有服务器回复信息，才会继续往下执行）
    7 @) I; z9 G1 g; ^! J% |
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    1 e' O! I% g/ G9 w! _
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
      p6 W$ i( Y" q7 F
39.   
    
40.   while(1){
    5 G6 L" H1 j% e7 N5 g2 W
41.     //将键盘输入的消息发送给服务器，并且从服务器中取得回复消息
    0 G8 u% w7 z( O% _) C% g; Y
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    - x: x& B: w+ `! p& J
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    8 h; |- f0 b3 t. i- h* y
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
      N+ `$ U7 N  l5 ]- H+ ~  Z2 c. K
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    6 s2 O+ Q5 M  {
52.   }
    ( Y1 b3 x' a( B/ O$ v
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   6 a0 R+ n$ r+ S5 J: I* N  S( o
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   " u7 X$ D: I5 S
5. #include <unistd.h>
   & L2 U3 ^" M5 t3 {0 m
6. #include <arpa/inet.h>
   8 ]2 F0 r2 Y3 m; C6 D% j
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   0 m2 R5 \8 V$ a% {
9. #include <sys/socket.h>
   ; b. v$ X9 }* U% i
10. 
    5 X8 @  Z' }- K$ B# V- d
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    8 U3 @% U9 V$ u! ?( s5 s
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    # s# g, _% t# I1 M# Y- X5 @
13. 
    
14. int main(){
    ! F* Y$ a/ D4 _) x! I
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    0 j# G5 W/ ~  T. {7 _$ H7 E8 o
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    1 |9 n0 l8 v4 L  ~- p; ?+ j0 k
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    0 Y: o: o- _0 P, u6 }& f7 n' _
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ; N# N' E' k/ h; y3 E1 Y
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    2 x4 W+ A' E- [2 \, v
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    7 |, a5 \) ^) |2 F2 i
31.   addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
    
32.    
    " ]2 {/ u+ P2 m. I3 b' D- O
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    2 Z. Z( K3 U8 \* }: X
36. 
    
37.   //开启端口监听
    ! Z0 u* X- M# q
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
      R" [8 Q& c3 L5 }0 S; ]/ M
44. 
    
45.   while(1){
    $ U  c' M! D6 p! q
46.     //将服务端套接字加入集合中
    
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    3 `2 ~  n( I& Y1 A% m
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    $ Z8 x  e  w4 W' t! z
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    
55.     //监视集合中的可读信号，如果某个套接字有信号则继续执行，此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1，其他置为0
    & L4 @( J1 W- r$ t  p+ K) ?/ \
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    8 m1 Z# O. Z* o3 \$ E% [+ y
58. 
    $ F7 K- h7 d; `0 m. U2 n
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    ; r# X0 n4 S& D5 E
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    . G2 R: B4 q9 g' `9 i9 Y2 d0 s8 \
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    
65.           is_connected[connfd]=1;                   //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态，方便下次调用
    * K9 p: X  ^0 e
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    1 m6 `6 {% R, @
67.         }else{                                      //如果套接字是客户端，读取其信息并返回，如果读取不到信息，冻结其套接字
    - ^5 I7 W$ y; H0 \3 a, J1 q8 ?
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    0 u! R" X! i- W% o) G
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    ; o9 K" Q( {; Y  i5 W4 ]: [
74.              printf("close connected\n");
      V# G/ T0 N' C  S9 G7 E: A
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    " _5 _7 L. J# K+ F
79.   }
    , H, }5 u/ Z& ^7 x1 ]2 M- k3 H
80. }

复制代码

7 Q3 _- a5 M' q: L

3 E* b8 l* l) D1 a8 ]

- H+ \$ j7 `1 U+ i/ F. }
7 _5 G) z" }3 X9 y  y  w; e